[논문]다양한 지반에서의 EPB TBM 첨가제 사용 및 문제 해결 사례 연구

강한별; 강성욱; 정재훈; 이재원; 신영진

doi:10.9711/ktaj.2023.25.2.065

다양한 지반에서의 EPB TBM 첨가제 사용 및 문제 해결 사례 연구
Case study on soil conditioning for EPB tunneling and troubleshooting in various grounds 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.25 no.2, 2023년, pp.65 - 85

강한별 (현대건설 기술연구소) , 강성욱 (현대건설 대곡-소사 복선전철 제2공구) , 정재훈 (현대건설 기술연구소) , 이재원 (현대건설 기술연구소) , 신영진 (현대건설 기술연구소)

초록
AI-Helper

기존 재래식 굴착 대비 안전성과 친환경의 이점으로 TBM (Tunnel Boring Machine)의 사용이 전 세계적으로 증가하였다. 특히 EPB (Earth Pressure Balanced) TBM의 경우 Open TBM 대비 다양한 지반에 적용이 가능하고 Slurry TBM에 비해 지상부지가 적게 필요하고 장비의 구조가 간단하며 가격면에서도 이점이 있어 더욱 널리 사용되고 있다. EPB TBM은 주로 토사지반에 널리 사용되는데 사용될 수 있는 지반 범위를 넓히기 위해서 가장 중요한 것은 적절한 첨가제의 사용이다. 첨가제를 사용해 버력을 소성유동화 시키는 것은 EPB TBM의 굴착성능을 높이는데 큰 도움을 줄 수 있다. 다양한 연구를 통해 첨가제의 적절한 배합비와 주입비율이 제시되어 있지만 이는 주로 slump test 등 대기압 상태에서의 실내시험에 국한되어 있어 실제 현장에서의 상황은 지반별, 장비 상태 등에 따라 상이할 수 있다. 본 연구에서는 먼저 경암부터 토사까지 다양한 지반을 가진 현장의 첨가제 사용량을 실내실험을 통해 추정하여 설계치 및 실제 굴진 시 사용량과 비교하였으며, 추가적으로 폐색, 지하수 유입 등 굴진 중 발생한 다양한 문제들에 대한 첨가제 사용을 통한 해결 방안을 모색하였다. 마지막으로 굴진이 어려운 복합지반에서의 첨가제 사용에 대한 제언을 수록하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The use of TBM (Tunnel boring machine) has increased worldwide due to its performance together with the benefit of being safely and environmentally friendly compared to conventional tunneling. In particular, EPB (Earth Pressure Balanced) TBM is widely used because it can be applied to various grounds compared to Open TBM. Also EPB TBM has a simple mechanical structure and advantages in cost, requires less ground area than Slurry TBM. EPB TBM has advantages in soft ground, and more importantly, can extend its applicability by use of appropriate soil conditioning, which improves mechanical and hydrological properties of excavated soil and increases the excavation performance of EPB TBM. Various studies suggested the proper mixing ratio and injection ratio, but almost they are limited to laboratory test under atmospheric pressure such as slump test. Actual field conditions may differ depending on the ground and mechanical condition. In this study, first the amount of used soil conditioning used in the field with various grounds from hard rock to soft ground was estimated through laboratory tests and compared with the estimate in design stage. And also it was compared with the amount used during actual excavation. In addition, experience of soil conditioning for the problems of cutter head clogging and groundwater inrush that occurred during excavation is discussed. Finally, lesson learned for the use of soil conditioning in difficult ground condition such as mixed ground are reviewed.

주제어

표/그림 (26)

그림 Fig. 1. Tunnel layout
그림 Fig. 2. Tunnel geotechnical profile
표 Table 1. Specification of TBM
그림 Fig. 3. Specimen for testing
표 Table 2. The use of TBM additives in design stage
표 Table 3. Particle size distribution by ground layer
그림 Fig. 4. Soil conditioning by ground layer
표 Table 4. Experiment results
그림 Fig. 5. Tunnel longitudinal section
표 Table 5. Proposed injection of TBM additives
표 Table 6. Actual used amount of TBM additives (unit: kg)
표 Table 7. TBM excavation data (including TBM additives injection)
그림 Fig. 6. Main trouble during excavation
그림 Fig. 7. Estimation section of clogging coefficient
그림 Fig. 8. Excavation data analysis result in case of clogging
그림 Fig. 8. Excavation data analysis result in case of clogging (continued)
표 Table 8. Cutterhead clogging analysis result
그림 Fig. 9. Variation of excavation parameters by excavation time
그림 Fig. 10. Tip inserted cutter
그림 Fig. 11. Cutting grizzly bar
그림 Fig. 12. Schematic diagram of eruption
그림 Fig. 13. Occurrence of eruption
그림 Fig. 14. Drainage of segment
그림 Fig. 15. Induced sludge management
그림 Fig. 16. Screw conveyor jamming
그림 Fig. 17. Screw conveyor wear

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